风浪流中涡激共振对Spar型浮式风机运动响应的影响

以Spar型浮式风机为研究对象,研究涡激力对于浮式风机系统运动的影响。对多体动力学软件FAST进行二次开发,加入涡激力的计算接口,实现了在平台涡激、波激、空气动力载荷及系泊联合作用下的Spar浮式风机系统的运动响应的计算。计算了在风、浪、流联合作用下,频率锁定现象发生时,Spar基础的运动响应,分析了风浪下Spar风机运动响应的涡激运动特性,并研究了不同的入流角度的影响。结果表明:考虑涡激力后,Spar基础的横荡运动明显增大;风浪流同向时,风浪的存在会抑制流载荷引起的横荡在涡泄频率的运动;在流与风浪垂直时,会激发Spar基础的更大的纵荡运动响应。     

新型半潜式海上风力机基础水动力特性研究

概念性地设计了一种新型半潜式海上风力机基础,确定了结构的型式和尺寸,对风浪联合作用下不同工况的风力机基础稳性进行了校核.考虑黏性阻尼和二阶波浪力的作用,计算分析了风力机基础的水动力系数、幅频运动以及动力响应特性.结果表明,经过改进的新型风力机基础具有良好的稳性和水动力性能,特别是在垂荡性能上有大幅的提升.波浪入射角度对垂荡的影响不大,但对其他自由度RAOs影响较大.垂荡、横摇和纵摇RAOs均存在一个主峰值和次峰值,但峰值周期均远离波能集中区.此外还发现,不同工况下风浪入射角对风机系统的动力响应和系泊力均有较大影响,相对于工作工况,极端工况下所受风荷载较小,但是系泊力更大.     

风暴潮对海浪影响的数位研究

采用第三代海浪模式和线性全流风暴潮模式计算封闭海域内风暴潮对风浪的影响。海浪模式中包含水深变化及平均流变化引起的波浪绕射项。计算了不同风速和不同静水深情况下风暴潮引起的风浪波南的变化。计算结果表明：静水深为１０ｍ及风速为３０ｍ／３时，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值达３９％；而静水深超过４０ｍ时，即使风速为４０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值小于５％。     

推进器失效对深海采矿船动力定位性能的影响分析

深海中蕴藏着丰富的矿产资源,深海采矿船是深海采矿的重要装备,通过动力定位系统控制采矿船的海上位置,动力定位系统由若干推进器组成。采矿船在海上受到风浪流作用,推进器一旦失效极易发生采矿船运动失控等安全事故,本文研究推进器不同失效方式下动力定位性能,分析推进器不同失效方式动力定位功能的损失。根据势流理论计算波浪载荷,数值模拟深海采矿船不同位置的单个推进器失效和多个推进器失效方式下的时域运动响应,对比各种失效方式对深海采矿船纵荡、横荡、艏摇三个自由度运动的影响,分析各种失效方式对剩余推进器推力的影响。研究结果表明：采矿船空载90°浪向,推进器不同失效模式对于纵荡运动影响远小于对横荡和艏摇运动影响,船艉单推进器失效对于纵荡和艏摇动力定位的影响大于两个推进器失效影响;对于采矿船多自由度运动动力定位两个推进器失效大于单推进器失效影响;一侧两个推进器或两侧推进器同时失效,对动力定位的影响相同,对于横荡运动的影响最大。本文揭示了深海采矿船推进器失效对于采矿船运动的影响程度和机理,对于深海采矿船的安全作业具有指导意义。     

风浪对直立堤的作用力

本文就计算风浪对直立堤作用总压力的线性理论进行了修正.这种修正在于:(1)风浪对堤作用引起的动压力场采用非线性的伯努利方程;(2)计算风浪作用于直立堤的波总压力时,不同于Крылов等人的方式,我们考虑了堤前海面波动的影响,堤前波面高度分布采用Gram-Charlier分布. 文中以最为普遍的形式给出了风浪对堤作用的总压力期望值和方差的表示式,同时讨论了求最大峰、谷总压力的方法.经用沙子口港和古镇口港实测资料检验,计算结果令人满意.     

转塔位置对FPSO水动力性能的影响

转塔位置是内转塔式FPSO设计中的重要参数,对风标效应以及运动和系泊力等有重要影响.采用时域分析方法分别计算了10万吨级FPSO在不同转塔位置时百年一遇风、浪、流海洋环境条件作用下的运动响应和系泊力,分析了不同转塔位置对FPSO水动力性能的影响.计算结果与模型实验进行了比较,结果表明,转塔位置的变化对FPSO风标效应、转塔系泊力等影响显著.分析结果对于选择理想的转塔位置具有一定的实际意义.     

051微机系统实时处理桩柱上波、流力试验数据的研究

本文提出了用051微机系统,实时处理单直桩在规则波和水流共同作用下的波、流力测试数据。编制了量测系统的率定程序、模拟量的采样程序及计算程序,能及时打印出所需数据,包括波峰时总波流力及最大总波、流力和相应的力臂、相位、波面值,以及按线性波理论计算的波、流力系数C_D和C_M。     

不规则波和流对孤立桩柱共同作用力的计算

本文提出了用频谱法计算不规则波和同向水流对孤立桩柱共同作用力的方法。对计算波流力有关的统计量,如流中的波谱、速度谱、力谱和相应的均方根值等提出了计算公式。文中,用算例对系统的传递函数、力谱及波——流力的大小作了分析和比较。指出,在波——流场中建造桩柱结构物时,必须考虑波——流共同作用的动力响应.而采用谱法求不规则波和流共同作用力是较简单和适用的。     

风暴潮对海浪影响的数值研究

采用第三代海浪模式和线性全流风暴潮模式计算封闭海域内风暴潮对风浪的影响，海浪模式中钫含水深变化及平均流变化引起的波浪绕射项，计算了不同风速和不同静水深情况下风暴潮引起的风浪波高的变化，计算结果表明：静水深为１０ｍ及风速为３０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值达３９％；而静水深超过４０ｍ时，即使风速为４０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值小５％。     

系泊船非线性波浪力时域计算:二维模型

为找到具有工程实用价值的港口系泊船波浪力的时域计算方法,建立了在港口中存在系泊船时非线性波浪力时域计算的垂直二维耦合模型:用Boussinesq方程计算船的两侧的外域,用欧拉方程计算船底面下的内域,两域在交界面处的连接条件是流量连续和压力相等.将复平面内的边界元方法应用于所研究问题,对耦合模型进行了验证.进行了相关模型实验,实验结果与数值计算结果比较表明这两种数值计算模型都具有满意的精度,但耦合模型的计算效率要远远高于边界元方法的计算效率.本耦合模型的数学处理简单,可适用于工程计算.     

港口内靠码头系泊船运动的计算

本文以英国南海岸处Ｓｈｏｒｅｈａｍ港内系泊船为例，研究了港口内靠码头系泊船运动的数值计算问题。该船的实船实验和模型实验已经完成，为验证本文计算结果提供了依据。运动方程在时域内求解。在计算船体脉冲响应函数时，引入了船体阻尼系数在频率很低时的渐近表达式和一迭代算法。分析了港内共振波浪和其对船体的作用力。讨论了靠码头系泊船运动的非线性特征。计算结果与实验结果符合很好。     

防风单点系泊系统系泊力试验研究

通过物理模型试验,得到了3种船型在不同工况组合下的偏荡幅度、偏荡周期以及系泊力实测数据。试验得出了船舶在台风与波、浪、流共同作用下,单点系泊力的主要影响因素为风速、流速、波浪、船舶种类、水线上下侧投影面积比和系泊系统的刚性。选出了本文理论意义明确合理的适合单点系泊系统使用的防风系泊力表达形式,即奎因公式。采用系泊力试验数据在奎因公式的基础上导出的防风系泊系统系泊力计算公式,并给出了公式中的重要参数表达式。     

畸形波作用下张力腿浮式风力机动力响应特性

针对张力腿系泊浮式风力机的基础运动,忽略柔性构件的影响,建立气动—水动—系泊非线性耦合运动方程。在运动控制方程中包含张力腿系泊系统的非线性回复刚度,桨距角控制以及浮式基础运动对空气动力载荷的影响。在波浪载荷的计算中考虑二阶波浪载荷的作用。采用随机频率相位角调制法生成畸形波波面时历,计算在畸形波作用下张力腿型浮式风力机的动力响应特性。数值模拟结果表明,在畸形波作用下,浮式基础的运动及空气动力性能均受到了显著的影响。其中浮式基础的纵荡和纵摇运动分别受二阶差频与和频波浪力的影响,而垂荡运动的增加则主要是受下沉运动的影响。在畸形波经过的时刻,风力机的功率系数迅速下降,水平方向的风载荷波动先减小,随后其数值急剧下降,而垂直方向的风载荷波动增大。     

浪流作用下系泊船舶撞击力和系缆力试验研究

以某25万吨矿石码头工程为例,分别进行了单流、单浪和浪流共同作用下,系泊船舶撞击力和系缆力试验。研究了不同水位、不同船舶载度、不同浪流夹角,单流、单浪和浪流共同作用时对船舶撞击力和系缆力的影响。分析了该码头工程护舷和缆绳的布置情况,为工程设计提供了依据。     

Dynamics of a moored barge under regular and random waves

Developments in the study of wave forces and construction techniques in deep water by the offshore oil industry have increased the use of marine terminals at deep water locations. A thorough understanding of moored ship dynamics when subjected to waves, wind and current combined with the use of flexible mooring lines would help to design berthing terminals for exposed areas. In this paper, the three dimensional problem of wave interactions with a barge moored to a single point is dealt with, based on the finite element method. The effect of flexibility of the mooring line and the point of mooring on the response of the barge as well as the mooring line tension is investigated. The paper compares the numerical results with model tests carried out on a barge moored to a fixed support under regular and random waves in head sea. The effect of stiffness of the mooring line on the barge response for different mooring points is discussed, which would be useful for the designers. The effect of viscous damping is also considered. The analytical results are in good agreement with the experimental results in both regular and random waves.     

波浪物理模型试验中风速比尺确定方法初探

在波浪模型试验中研究风对构筑物的作用时,会涉及到风速比尺的确定问题。风对构筑物的作用力包括惯性力和粘滞力,这2种力的大小与建筑物的形态有关,对有的构筑物的作用力以惯性力为主,有的则以粘滞力为主。所以,在波浪物理模型试验中不能简单地采用重力相似准则也不能采用粘滞力相似准则来确定风速比尺。根据大量的试验研究结果,提出了采用不同模型比尺的船舶模型试验来确定风速比尺的方法,为波浪模型试验中风场模拟和数据处理提供了依据。     

涌浪作用下港内大型集装箱船运动特性数值研究

随着船舶大型化和港口建设深水化发展,外海不同周期波浪作用下大型系泊船泊稳问题与小型系泊船相比出现了新的特点。为此,利用数值模型方法研究了在不同入射角度和周期的涌浪作用下港内大型系泊船的水动力响应,针对系泊船的泊稳情况探讨了船舶的运动规律和运动特性。研究发现,在涌浪周期较大的情况下,限定波高的泊稳标准不足以用来确定系泊船的正常作业条件,港内泊船的水平运动（纵荡、横荡和艏摇）极易超出运动标准值并影响装卸作业效率,并且船舶的水平运动表现出主要由次重力波主导的低频运动特性,而垂直运动（垂荡、横摇和纵摇）表现出主要由短波主导的波频运动特性。     

Experimental Study on Allowable Berthing and Mooring Conditions of An Oil Tanker

1 .ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｈｅｎａｔａｎｋｅｒｉｓｂｅｒｔｈｅｄｏｒｍｏｏｒｅｄｔｏａｎｏｃｅａｎｐｌａｔｆｏｒｍ ,ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｕａｌｌｙｉｎｏｐｅｎｓｅａｓ,ｔｈｅｔａｎｋｅｒｗｉｌｌｓｕｆｆｅｒｆｏｒｃｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｗａｖｅｓ ,ｗｉｎｄａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ.Ｉｎｍｏｓｔｏｆｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓ ,ｔｈｅｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｏｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｔｈｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔ.Ｉｎｓ…     

Extreme value analysis in a multivariate offshore environment

Floating offshore systems are exposed to a multivariate environment with wind, waves and current all making a significant contribution to the mooring forces. The design of such systems requires an appreciation of the extreme conditions but the concept of the return period value has to be extended to reflect multiple environmental variables. This study examines the practicalities of employing a multivariate point process model in extreme value analyses, using a moored semi-submersible and its responses to the wind and waves as an example. The output from this illustrative bivariate analysis includes both estimates of the 50-year mooring force and also return period contours which indicate the likely combinations of wind and wave which might give rise to the 50-year condition.